第二章负荷计算与变压器选择

1、2022-3-272022-3-27工矿企业供电工矿企业供电山西大同大学 张学成2022-3-272 第二章第二章 负荷计算与变压器选择负荷计算与变压器选择n本章知识要点l需用系数法统计负荷的方法；l补偿电容器的选择；l主变压器的选择；l变压器经济运行分析及运行方式的确定等。n本章培养的能力与技能l能用需用系数法进行负荷统计和计算；l能根据变电所实际情况确定电容器的补偿方案，选择补偿电容器的台数，确定其接线方式；l能根据变电所的负荷情况，合理选择变压器的台数和容量；l能正确合理地确定变压器的运行方式。2022-3-273第一节第一节 负荷计算负荷计算n负荷计算的目的l为设备、导线和保护装置的选

2、择等提供计算依据。n负荷计算的方法l需用系数法、二项式法、利用系数法、单位产品电耗法等。*n一、用电设备功率的确定n二、需用系数法计算负荷n三、变电所总负荷的计算2022-3-274一、用电设备功率的确定一、用电设备功率的确定n负荷计算时l先换算成统一工作制下的额定功率，然后再进行负荷的统计计算。n用电设备的工作制l长时工作制、短时工作制、断续周期工作制。2022-3-2751. 1. 长时工作制用电设备长时工作制用电设备n特点l长时连续运行，且负荷比较稳定。l如通风机、压风机、水泵、电炉、照明灯等。n换算l等于其铭牌上额定功率。2022-3-2762 2短时工作制用电设备短时工作制用电设备n

3、特点l运行时间短，停歇时间长。l如车床上的进给电机、小绞车、电动闸门等。n换算l一般按铭牌上的额定功率确定。l正常时不使用，只在事故或检修时使用的支线按额定功率确定；干线不考虑。若功率较大，应适当考虑。2022-3-2773 3断续周期工作制用电设备断续周期工作制用电设备n特点l周期性地时而运行、时而停歇，周期一般不超过10min，l如电焊机、起重吊车等。n换算l按“热量等效”的原则，换算成规定负荷持续率下的额定功率。2022-3-278功率换算公式功率换算公式n起重运输类设备，换算到暂载率 下的额定功率n对于电焊类设备，换算到暂载率 下的额定功率 NNNNNNN225%PPPP25%100%

4、NNNNNNNNNNcos100%PPPPS2022-3-279 例例2-12-1n一台对焊机其额定功率为30kW，负荷持续率为60%；一台起重机已知其额定功率为39.6kW，负荷持续率为40%。试分别确定其设备功率。n解n1电焊类设备的功率统一换算到 ，其功率为n2起重机类设备的功率统一换算到 ，其功率为100%25%NNN300.623kWPPNNN22 400.450.6 kWPP2022-3-2710二、需用系数法计算负荷二、需用系数法计算负荷n用电设备组的实际负荷总容量小于其额定容量之和。n需用系数：设备实际负荷容量与额定容量的比值。n需用系数法：根据用电设备的额定容量和需用系数，计

5、算实际负荷容量的方法。2022-3-27111 1用电设备的需用系数用电设备的需用系数n一组用电设备的需用系数n式中 同时系数 负荷系数 加权平均效率 wmwlosideKKKsiN siNKPPlosi N siKPPnnnPPPPPP212211wm2022-3-27122 2用电设备的计算负荷用电设备的计算负荷n计算负荷l是按发热条件选择导体和电器时所使用的一个假想负荷。l导体达到稳定温升的时间约为30min。l通常取30min平均最大负荷作为计算负荷。2022-3-2713负荷计算公式负荷计算公式n用电设备组的计算负荷n式中 需用系数和加权平均功率因数，见表2-1和表2-2； 加权平均

6、功率因数也可用下式计算wmcawmcacaNdecacostancaPSPQPKPnnnPPPPPP212211wmcoscoscoscos2022-3-2714三、变电所总负荷的计算三、变电所总负荷的计算n统计负荷方法步骤l从系统最末端开始逐级向电源侧统计。l将用电设备按生产环节和设备装设地点分组。l按式（2-5）计算各组用电设备的计算负荷。l然后计算多个用电设备组的总负荷。（干线或变电所）n多个用电设备组的总负荷的计算方法l将各用电设备组的计算负荷相加l然后乘以组间最大负荷同时系数。2022-3-2715干线及变电所总负荷的计算干线及变电所总负荷的计算n多个用电设备组的总负荷按下式计算n式

7、中 组间有功和无功最大负荷同时系数，组数越多，其值越小一般 、 。n各级电网的 或 连乘积不应小于0.8。22casqcaspQPSQKQPKP95. 085. 0spK97. 09 . 0sqKspKsqK2022-3-2716第二节第二节 功率因数的提高功率因数的提高n一、提高功率因数的意义n二、提高功率因数的方法n三、电容器的选择2022-3-2717一、提高功率因数的意义一、提高功率因数的意义n 提高电力系统的供电能力。n 减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。n 减少供电网络的电能损耗。n电费奖惩：一般 给予奖励； 给予罚款。9 . 0cos9 . 0cos2022-3-2718二

8、、提高功率因数的方法二、提高功率因数的方法n1提高负荷的自然功率因数l 正确选择并合理使用电动机，尽量选用笼型异步电动机；l 合理选择变压器容量；l 容量大，不需调速的尽量选用同步电动机。n2人工补偿法提高功率因数l并联电容器。NATacPSQQCQacSac2022-3-2719三、电容器的选择三、电容器的选择n电容器补偿容量的计算n2电容器台（柜）数的确定 电容器台数 每相台数 n 应取偶数。当选电容柜时，只需使柜的总数为偶数。)tan(tanacNATCPQC2wN CN C()QNUqU3Nn 2022-3-27203.1 3.1 电容器的补偿方式电容器的补偿方式n 单独就地补偿方式l

9、电容器直接与要补偿的设备并联，并共用一套开关控制。l用于长时运行的补偿容量较的设备，或较长线路的设备。n 分散补偿方式。l电容器装设在各配电用户的母线上。可装在高压或低压侧，或采用高低压混合补偿。l用于用电负荷分散的工矿企业。n 集中补偿方式。l电容器集中装在总变电所的6kV10kV高压母线上;l电容器利用率高，管理方便，适用于负荷较为集中的工矿企业。2022-3-27213.2 3.2 补偿电容器的接线方式补偿电容器的接线方式n高压电容器组，宜采用单星形接线或双星形接线。在中性点非直接接地的电网中，电容器组的中性点不应接地。 n低压电容器组，可采用三角形接线或中性点不接地的星形接线。 n电容

10、器组的放电装置，应满足s内将电容器组上的剩余电压降至50V及以下。n高压电容器组放电设备一般采用电压互感器。单独补偿的电容器组不需要另外装设放电设备。2022-3-2722第三节第三节 变压器的选择变压器的选择n一、变电所主变压器的选择n二、变压器损耗的计算n三、变压器经济运行分析2022-3-2723一、变电所主变压器的选择一、变电所主变压器的选择n1主变压器台数的确定n2主变压器容量的确定2022-3-27241 1主变压器台数的确定主变压器台数的确定n1）具有一类负荷的变电所l选两台，一台停运，另一台保证一、二类负荷的用电。l并不得小于：矿山 80%，工厂 70%。n2）只有二、三类负荷

11、的变电所l可选一台，但应有其他备用电源。l对季节或昼夜负荷变动较大的，宜采用经济运行方式的变电所，也可选用两台变压器。2022-3-27252 2主变压器容量的确定主变压器容量的确定_1_1n选两台且同时运行 故障保证系数，按一、二类负荷所占比例确定。 且对煤矿企业 ，工厂企业 。n选两台，一台工作一台备用tpN TtpacaccosK PSK StpK8 .0tpK7 . 0tpKN TacSS2022-3-27262 2主变压器容量的确定主变压器容量的确定_2_2n选一台，需考虑15%25%的余量 n型号应尽量选择低损耗、高效率的变压器。n部分电力变压器技术数据见表2-3。N Tac(1.

12、151.25)SS2022-3-2727二、变压器损耗的计算二、变压器损耗的计算n1变压器有功功率损耗有功损耗包括：铁损、铜损。n 2变压器无功功率损耗包括：空载时无功损耗、负荷时无功损耗。n估算：l有功损耗l无功损耗2Ti TN TPPP 220zTi TN TN TN T%100100IuQQQSS TTTT1 . 002. 0QQPP2022-3-2728三、变压器经济运行分析三、变压器经济运行分析n1无功功率经济当量的概念n2变压器运行损耗的计算n3变压器经济运行2022-3-27291 1无功功率经济当量的概念无功功率经济当量的概念n经济运行l指整个系统的有功损耗最小，运行费用最低的

13、一种运行方式。n无功功率经济当量l输送1kvar无功功率，在系统中产生的有功损耗的千瓦数，kW/kvar。l其值与电压变换次数和输电距离有关，一般取0.020.15（平均取0.1），l对于发电机直配用户l对于经两级变压的用户l对于经三级及以上变压的用户 04. 002. 0ecK07. 005. 0ecK15. 008. 0ecK2022-3-27302 2变压器运行损耗的计算变压器运行损耗的计算n单台变压器运行时的运行损耗 nn台同容量变压器并联运行时的总运行损耗 221TecTi TN Teci TN T()PPKQPPKQQ 2T1i Teci TN TecN TN T()SPPKQPK

14、QS 2Ti Teci TN TecN TN T()()nSPnPKQnPKQnS2022-3-27313 3变压器经济运行变压器经济运行n变压器经济运行l使变压器在功率损耗最小的情况下运行。n变压器的经济负荷l经济运行状态下的变压器负荷。2022-3-27321 1）单台变压器的经济负荷）单台变压器的经济负荷n单台变压器经济运行的条件 变压器单位容量的运行损耗换算值 为最小 令 可得n变压器的经济负荷为 n单台变压器运行时的经济负荷率为T/P STTd(/)/d0PSSi Teci TecN TN TecN TPKQSSPKQeci Teci TecN TN TecN TSPKQSPKQ20

15、22-3-27332 2）两台变压器经济运行的临界负荷）两台变压器经济运行的临界负荷n变压器经济运行的临界负荷见图2-2 ，由图看出 当 时， ，一台变压器运行经济； 当 时， ，两台变压器并联运行经济； 当 时， ，一台和两台变压器并联运行损耗相等，即crTSSPPcrTSSPPcrTSSPP2Ti Teci TN TecN TN T2Ti Teci TN TecN TN T() ()2()2() ()2SPKQPKQSSPKQPKQS2022-3-2734变压器经济运行的临界负荷变压器经济运行的临界负荷n两台变压器并联经济运行的临界负荷为nn台容量相同的变压器，则n台与n-1台经济运行的临

16、界负荷为 i Teci TcrN TN TecN T2PKQSSPKQi Teci TcrN TN TecN T(1)PKQSSn nPKQ2022-3-2735 例例2-22-2 n 已知某煤矿年产量为150万吨，地区电源电压为35kV，全矿用电设备的技术数据见负荷统计表2-5。试求该矿总降压变电所的计算负荷，选择主变压器，计算全矿吨煤电耗以及确定变压器的经济运行方式。2022-3-2736 例例2-22-2 n解n1负荷统计n1) 用电设备组的计算负荷l以主井提升机为例计算各组用电设备的计算负荷。l查表2-2得： =0.9， =0.85，则deKwmcoscadeNcacawm2222ca

17、caca0.9 20001800.0 kWtan1800.0 0.621116.0 kvar1800.01116.02117.6 kVAPKPQPSPQcacaNacamax2117.6203.8 A3361800.0 35005400.0 MW hSIUWP T2022-3-2737 例例2-22-2 n2）全矿负荷统计l 全矿高压负荷统计。将全矿各组高压计算负荷相加，即l将计算结果填入表2-4中。caca1800.0 1280.06433.118073.5 kW1116.0793.65017.811091.9 kvarPQ2022-3-2738 例例2-22-2 l 全矿计算负荷。l计算全

18、矿6kV侧总的计算负荷时，应考虑各组间最大负荷同时系数，取 ， 。则l将计算结果填入表2-4中。9 .0spK95.0sqKspcasqca2222NAT0.9 18073.516266.2 kW0.95 11091.910537.3kvar16266.210537.319381.0 kVA16266.2cos0.83919381.0PKPQKQSPQPS2022-3-2739 例例2-22-2 n2功率因数的提高l1）电容器补偿容量的计算l 电容器所需补偿容量。因全矿自然功率因数，低于0.9，所以应进行人工补偿，补偿后的功率因数应达到0.95 以上。则全矿所需补偿容量为：CNATactant

19、an16266.20.6490.3295205.2 kvarQP2022-3-2740 例例2-22-2 n 电容器柜数及型号的确定。l拟采用双星型接线，接在变电所6kV母线上，因此选用标称容量为30kvar、额定电压为的电容器。装于电容器柜中，每柜装15只，每柜容量为450kvar，则电容器总柜数应为C22wN CN C5205.213634506.33QNUqU2022-3-2741 例例2-22-2 l由于电容器柜要接在两段母线上，为了在每段母线上构成双星型接线，因此每段母线上的电容器也应分成相等的两组，每组的电容器柜数应为 l取 l则电容器柜总数为 台25. 34134Nn4n1622

20、4N2022-3-2742 例例2-22-2 l 电容器实际补偿容量：l 人工补偿后的功率因数：l功率因数符合要求。22wCN CN C63450 166530.6 kvar6.33UQqNUacC2222acacacac10537.36530.64006.7 kvar16266.24006.716752.4 kVA16266.2cos0.97116752.4QQQSPQPS2022-3-2743 例例2-22-2 n3主变压器的选择l因为本变电所有一类负荷，所以选择两台主变压器，当为两台变压器同时运行时，根据式（2-11），每台变压器的容量为N Ttpac0.8 16752.413401.9

21、 kVASK S2022-3-2744 例例2-22-2 l经统计全矿一、二类负荷的计算负荷（考虑 ）为： 有功功率12705.0kW，无功功率7398.9kvar。 再考虑一段母线退出运行后，电容器补偿容量为总补偿容量的一半，此时的无功功率为：7398.9-6530.6/2=4133.6kvar， 所以总的视在功率为 。 占全矿计算负荷比例为13360.5/16752.4=0.798，小于0.8，因而故障保证系数应取0.8。l查表2-4确定选择SFL7-16000/35型变压器两台，其主要技术数据见表2-6。95.0,9 .0sqspKK2212705.04133.613360.5 kVA2022-3-2745 例例2-22-2 l变压器的负荷率为acN T16752.40.52422 16000SS2022-3-2746 例例2-2